Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Analiz

Gürün, kalıp kavisi, zımba kavisi, şekil değiştirme hızı, çekme boşluğu ve sac malzeme kalınlığı gibi çekme değişkenlerini kullanarak, SEY’ne dayalı çözüm yapan DYNAFORM ve AUTOFORM paket programları ile derin çekme prosesini analiz etmiştir. Deneysel çalışma sonuçları ile analiz sonuçlarının çok yakın değerlerde olduğu görülmüştür [61].

Zhongqi ve arkadaşları, otomotivde kullanılan alüminyum sacların kırılma sınırları üzerine çalışmışlardır. Otomobil iskelet sistemlerinin şekillendirilmesinde kullanılan SEY’nde doğru şekillendirme kriterleri çok önemlidir. Otomobillerde kullanılan alüminyum alaşımı sacların şekillendirilebilirliğini doğru bir şekilde geliştirebilmek için, SEY’nde kullanılabilecek sünek bir kırılma kriteri geliştirilmiştir. Barlat’ın akma ve Holloman’ın pekleşme eşitliklerine dayanan alüminyum alaşımı sacların simülasyonları yapılmıştır. Sünek kırılma kriterindeki malzeme sabitleri, tek eksenli çekme ve yarı

içeren silindirik karmaşık şekilli alüminyum alaşımlarının kritik zımba kursu, sünek kırılma kriterleri kullanılarak hesaplanmıştır. Deneysel değerler ile hesaplanmış sonuçların mukayesesi ile, deneylerde kullanılan 3 farklı alüminyum alaşımı sac malzeme için sünek akma kriteri başarılı tahminlerle tespit edilmiştir [9].

Dariani ve Fazli, hidromekanik derin çekme prosesinin teorik ve deneysel analizini yapmışlardır. Gerilme oluşumu ve kritik sıvı basıncı tartışılmıştır. İşlemin çekme safhası ve şişirme safhası için teorik yaklaşım tespit edilerek, başarılı çalışma bölgesi elde edilmiştir. Basınç sınırlarına, geometri ve sac malzeme özelliklerinin etkileri çalışılmıştır. Teorik çalışmaların güvenilirliğini kararlaştırmak için de deneysel yaklaşım kullanılmıştır [66].

Hariharan ve arkadaşı, sac metal parçalarda ham malzeme boyutunu azaltacak malzeme optimizasyonu üzerine odaklanmıştır. Bir otomobil parçası olan tavan, analiz için tercih edilmiştir. Sac metal şekillendirme prosesi analizlerinde ticari explicit çözücü kullanılmıştır. Analizlerde gerçek deney sistemi profillerini kullanabilmek için kalıp koordinatlarını ölçen bir bilgisayar destekli alet geometrisi geliştirilmiştir. ŞSD ve kalınlık değişimindeki “% azalma”, SEY ile analiz edilmiştir. Malzemelerin deneysel verileri, dairesel analiz tekniği ile elde edilmiştir. Büyük uzamalardaki fark % 2-10 ve küçük uzamalarda % 0-6 arasında değişmiştir. Bu çalışma ile % 1,57 oranında ağırlık azalması elde edilmiştir [67].

Gök ve arkadaşları, sonlu elemanlar metodunun gerçek bir sanayi parçasında uygulanması üzerine çalışmışlardır. Karmaşık geometriler içeren kalıp yüzeylerinde, ince çelik sac malzemenin hangi doğrultuda akacağı ve şekillendirme esnasında incelenen sacın kırılma, kırışma ve benzeri şekil hatalarının; kalıp tasarımı aşamasında önceden görülüp önlem alınması büyük önem taşımaktadır. Derin çekme sonucu elde edilecek sac parçanın şeklini, kalınlığını, içerdiği ön gerilmeleri, çekme prosesinde kullanılacak minimum sac boyutunu, sacın malzemesini ve en uygun kalıp yüzeyleri tasarımını bilgisayar simülasyonları ile önceden görülerek maliyetten ve zamandan tasarruf etmek üreticiler için büyük önem taşımaktadır. Bu amaçla, doğrusal olmayan sonlu elemanlar yazılımı “DYNAFORM 5.0” kullanılarak, AISI 1017 çelik sac malzemenin derin çekilmesi prosesi

gerçekleştirilmiştir. Aynı zamanda analiz şartları ile benzer deneysel derin çekme prosesi gerçekleştirilmiştir. Analiz ve deneysel çalışmadan elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış, aralarında tutarlılık görülmüştür [68].

Karaağaç ve arkadaşları, AISI 304 paslanmaz çelik sac malzemenin geleneksel olarak ve sıvı basıncıyla derin çekilebilirliklerinin SEY’yle karşılaştırmalı analizi konusunu çalışmışlardır. Geleneksel yöntemlerle yapılan derin çekme proseslerinde, kalıp yapımının maliyetli, zaman alıcı ve zahmetli olmasından dolayı bu yöntem ile üretim ekonomik olmamaktadır ve şekillendirme problemleri yaşanmaktadır. Sıvı Basıncıyla Şekillendirme “SBŞ” teknolojisi kullanılarak derin çekme kalıplama yöntemi, geleneksel kalıplama yöntemlerine göre daha ekonomik ve uygulama yönünden pratik bir yöntem olarak yaygınlaşmaktadır. Bu çalışmada; çeşitli sektörlerde yaygın olarak kullanılmakta olan AISI 304 kalite paslanmaz sac malzemenin dairesel ve karesel geometrili ürünler için, geleneksel ve SBŞ yöntemi ile derin çekilebilirlikleri sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak sanal ortamda incelenmiştir. Analizlerde AUTOFORM ticari yazılımı kullanılmıştır. Analizlerden elde edilen sonuçlar; gerilme dağılımı, kalınlık değişimi, şekillendirilebilirlik, kırılma ve kırışıklık oluşumu gibi ölçütler açısından değerlendirilmiştir [69].

Kumar ve arkadaşına göre, normal olarak bir şekillendirme düzeneği kurmak için birçok deneme yanılma çalışması yapmak gerekir. Sayısal simülasyonlar, alet sistemi kurmak için çok kullanışlıdır, çünkü en uygun proses değişkenlerinin bulunmasına yardımcı olur ve deneme yanılma çalışmalarını azaltır [34].

Zhang ve arkadaşları, yumuşak çelik malzemelerden silindirik kutu üretiminde hidromekanik derin çekme prosesini sayısal ve deneysel olarak incelenmişlerdir. Şekillendirme süreci SEY ile analiz edilmiştir. Sayısal sonuçlar deneysel sonuçlar ile mukayese edilmiştir [36].

Yıldız ve Kırlı, derin çekme prosesinin doğrusal olmayan SEY yardımıyla modellenmesi üzerine çalışmışlardır [58].

Markstaedter ve arkadaşı, hidromekanik derin çekme yönteminde noktasal temaslı (bölümlenmiş) baskı yastığı kuvvetinin sayısal simülasyonu üzerine çalışmışlardır. Çalışmada, SEY ile “T” şekilli malzemenin hidromekanik derin çekilmesinde bölümlenmiş baskı yastığı kuvvetinin etkileri incelenmiştir [39].

Zhang ve arkadaşları, alüminyum ve yumuşak çelikten dikdörtgen şekilli kutunun hidromekanik derin çekme yöntemi ile üretilmesini SEY ile incelenmiştir. Deneyler tarif edilmiş ve tartışılmıştır. İşlem, sayısal olarak explicit SEY ile analiz edilmiştir. Sayısal sonuçlar değerlendirilmiş ve deneyler ile mukayese edilmiştir. Değişik ölçülerdeki sekizgen ve dairesel deney malzemesi simülasyon yapılmış ve mukayese edilmiştir. Deneylerde meydana gelebilecek bölgesel incelme ve gövdesel kırışma hata çeşitleri tahmin edilmiştir [33].

Wu ve arkadaşları, basamaklı parçaların hidromekanik derin çekme yöntemi ile şekillendirilmesinde, alt ve üst sınırlarının, SEY ile bulunmasını hedeflenmiştir. SEY ile analiz sonuçları, deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmış ve SEY ile yapılan simülasyonların, deneylerin yerini alabileceği önerilmiştir [70].

Balendra ve Qin, karmaşık şekilli parçaların hidromekanik şekillendirilmesi üzerine çalışmışlardır. İç bükey şekilli parçanın dışbükeye göre daha zor şekillendirilebildiğini vurgulamışlardır. İç bükey malzemenin, hidromekanik derin çekme yöntemi ile şekillendirilmesinde, basıncın etkilerinin görülebilmesi için SEY ile analizi yapılmıştır. Sonuçta, hidromekanik derin çekmede olması gereken alet konfigürasyonuna bilgi temin etme amaçlanmıştır. Şekillendirme başlangıcında hata olmaması için malzemenin yüksek kaliteye sahip olması gerektiği değerlendirilmiş, basıncın şekillendirilecek sac malzemenin şekillendirme sonrası geometrisine bağlı olduğu gözlenmiştir. Kırılma ve bölgesel incelmeler yetersiz ya da aşırı basınçtan kaynaklanmış, sac parçanın bölgesel özelliklerinde değişikliklerin bulunması, son ürün kalitesini yakalamakta zorluklara neden olmuştur [71].

Arwidson, çalışmasında; yüksek dayanımlı çelik sacların sayısal simülasyonlar ile şekillendirilmesi üzerinde durmuştur. Sac malzemelerin dayanımlarının artmasıyla şekillendirilebilirlikleri azalmaktadır. Bu malzemelerin sayısal olarak analizlerinin

yapılabilmesi için yeni plastik davranış modelleri ortaya koymak gerekir. Yüksek dayanımlı çelik saclarda geri yaylanma sıkça karşılaşılan problem tipidir. Uzama, incelme, bitmiş parça şekli, geri yaylanma, sayısal simülasyonlar ve deneysel çalışmalar ile incelenmiştir. Denemelerde, Hill 48 ve Hill 90 malzeme modeli kullanılmıştır. Yüksek dayanımlı çelik sac malzemelerin akma modellerinde daha fazla çalışmalar yapılmasına ihtiyaç olduğu değerlendirilmiştir [72].

Duong ve arkadaşları; kaplanmış malzemenin geleneksel yöntemlerle şekillendirilmesinde karşılaşılan kaplamanın hasar görmesi gibi problemlerin ortadan kaldırılması amacıyla sac hidromekanik şekillendirme yöntemini simülasyon şartlarında incelemişlerdir. Hidromekanik derin çekme yöntemi, kaplanmış veya önceden boyanmış sac malzemelerde başarılı sonuçlar vermiştir. Hidromekanik derin çekme yöntemi güçlü presler ve hidrolik aksam gerektirmiştir [73].

Jensen ve arkadaşları, hidromekanik derin çekmede basınç dağılımını ortaya koymak için sayısal model geliştirme üzerinde durmuşlardır. Geliştirilen sayısal model deneysel sonuçlar ile oldukça güzel örtüşmüştür. Hazne basıncı ve kalıp-sac malzeme arasındaki sıvı kaçağı üzerinde durulmuştur. Yüksek dayanıma sahip sac malzemede Holloman akma modeli kullanılmış, 44 MPa basınç denenmiştir [74].

Kang ve arkadaşları, bir yakıt tankının sayısal analiz kullanarak, hidrolik şekillendirme ve geleneksel derin çekme yöntemleri ile şekillendirilmesinin mukayesesini yapmışlardır. Otomobil yakıt tankının her iki yöntemde de üretilebilmesi için, sayısal bir model ileri sürmüşlerdir. Bu model, geleneksel derin çekme yönteminde deneysel olarak doğrulanmıştır. Yakıt tankı, hidrolik şekillendirme yönteminde, geleneksel yönteme göre daha eşit kalınlık dağılımlı olarak üretilebilmiştir. Karmaşık yapılı parçaların, hidrolik veya geleneksel yöntemler ile üretilmesi prosesinin SEY ile analiz edilmesi, alet tasarımını kolaylaştıracaktır [65].

Pourboghrat ve arkadaşları, alüminyum sac hidromekanik şekillendirmede kırışma davranışı üzerinde durmuşlardır. Barlat akma kriteri, prosesi analiz etmek için çok

kırılma, geleneksel derin çekme yönteminde gözlenen en önemli hata tipleridir. Bu durum; sac malzemenin geometrisini sınırlandırır. Kırışma, flanş bölgesinde ve zımba ucunda desteklenmeyen bölgede meydana gelir. Analizde, Von Misses izotropik malzeme modeli ve Barlat YLD 96 anizotropik malzeme modeli kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar ile mukayese edildiğinde, izotropik malzeme modelinin, kırışmaları tam tahmin edemediği, anizotropik modelin ise parça şekillendirilmesinde güzel sonuçlar verdiği gözlenmiştir [49].

Önder ve Tekkaya, farklı geometriye sahip iş parçalarının geleneksel ve hidromekanik derin çekme ile şekillendirilmesinin sayısal simülasyonunu yapmışlardır. Deneylerde, elastoplastik malzeme modeli ve Hill 48 akma modeli kullanılmıştır. Sac malzeme olarak DC04 kullanılmıştır. Silindirik geometriye sahip zımba ile yapılan derin çekme deneyleri gayet başarılıdır. % 5-10 incelme, zımba ucuna yakın bölgede baskın olmuştur. Hidromekanik derin çekmede aynı bölgede çok az incelme gözlenmiştir. Hidromekanik derin çekmede sac malzemenin, geleneksel derin çekmeden daha az inceldiği, yüksek basınçlı hidrolik şekillendirmede ise en fazla incelme meydana geldiği gözlenmiştir. Derin parçaların şekillendirilmesinde hidromekanik derin çekme çok uygundur. Çünkü basınçlandırılmış sıvı, zımba ve sac malzeme arasındaki sürtünme kuvvetini artırır ki buda malzeme akışının kontrolü ile çekilebilirliğe ve iş parçasının üst köşesindeki boğumlanma oluşumundan kaçınmayı olumlu yönde etkiler. Hidromekanik derin çekmede baskı yastığı, kalıp ve iş parçası arasındaki sürtünme kuvveti çok küçüktür ki bu durum, sac malzemenin herhangi bir preslemeye maruz bırakılmadan dişi kalıp içerisine kolayca akışını sağlar. Hidromekanik derin çekmede incelmenin ve kalınlık dağılımının daha az olması, sürtünmeleri azaltıp daha dengeli malzeme akışı sağlar ki bu durum, malzemelerin daha derin çekilebilmesini sağlar. Derin çekmede seri üretim mümkündür, yüksek basınçlı hidrolik şekillendirme ise daha derine çekmeye uygun değilken daha karmaşık parçaların şekillendirilmesine uygundur. Çalışmada; derin çekme, hidromekanik derin çekme ve yüksek basınçlı hidrolik şekillendirme proseslerinin simülasyon sonuçları yardımıyla en uygun şekillendirme yöntemi ve en uygun proses değişkenleri üzerinde durulmuştur [75].

Lang ve arkadaşları, sac hidromekanik şekillendirme prosesinde değişkenlerin en uygun değerlerini tespit ederek deneysel ve simülasyonlar ile inceleme analizleri yapmışlardır. Hidromekanik derin çekmenin diğer uygulamalar ile mukayesesi yapıldığında, en büyük üstünlüğü sac malzemeye dengeli basınç uygulanabilmesi ve sınır şartlarının açık olmasıdır. Deneylerde, 10 mm/s ile /30 mm/s arasında değişen şekil değiştirme hızı kullanılmıştır. Maksimum basınç 70 MPa olarak kullanılmıştır. Malzeme Al6016-T4’dür. Sac kalınlığı 1,15 mm ve kalıp boşluğu 0,8 mm olarak alınmıştır. Farklı kalıp boşluğu kullanılmış, kalınlık değişiminde büyük farklılık gözlenmemiştir. Özellikle zımba burnu bölgesi incelendiğinde, kalınlık dağılımının hemen hemen aynı olduğu görülmüştür. Burun bölgesinden sonra, büyük boşluk kullanımı ile sac kalınlığının bir miktar arttığı görülmüştür. Geleneksel derin çekmede ise bu boşluk çok önemlidir. Boşluk çoksa gövde kırışması olur. Hidrolik şekillendirmede ise büyük kalıp boşluğuna, sac malzeme zımbaya iyi bir şekilde temas edebilsin ve kalıp radyüsünde kalıp ile sürtünmeden kalkabilsin diye izin verilmiştir [76].

Fazlı ve Dariani, hidromekanik derin çekme ve proses değişkenlerinin, prosese etkileri konusunda sonlu elemanlar metodu ile çalışmışlardır. SEY’ni doğrulamak için deneysel çalışmalar gerçekleştirmişlerdir. Başlangıçtaki hazne basıncı, kalıp radyüsü, sac malzeme kalınlığı, sürtünme etkisi gibi değişkenlerin etkileri araştırılmıştır. Maksimum çekme oranının elde edilebilmesi için, başlangıç hazne basıncının optimum değere sahip olması gerektiği görülmüştür. Düşük basınçlarda kalıp radyüsünün büyümesiyle sınır çekme oranı büyümüştür. Yüksek basınçlarda ise tespit yapılamamıştır. Sayısal sonuçlara göre, sac ile kalıp arasındaki ve sac ile baskı yastığı arasındaki sürtünmenin artması çekme oranı sınırını düşürürken, zımba ve sac malzeme arasındaki sürtünmenin artması çekme oranı sınırını artırmıştır [77].

Yıldız ve Kırlı, derin çekme prosesinin doğrusal olmayan SEY yardımıyla modellenmesi üzerine çalışmışlardır. Derin çekme yoluyla şekillendirme prosesi, değişik sektörlerde kullanılan soğuk şekillendirme yöntemlerinin başında gelir. Bu yöntemde karşılaşılan problemlere bilgisayar destekli çözümler üretmek, hem zaman hem de para kaybını önleyecektir [58].

Hidromekanik derin çekmeyi geleneksel derin çekme ile mukayese edebilmek amacıyla son yıllarda bilgisayar simülasyonları çok hızlı gelişme göstermiştir. Simülasyonlar ile maliyetlerin düşürülmesi, zaman tasarrufu, daha çok bilgi ve daha çok grafiksel gösterimler hedeflenmiştir. Simülasyonlarda küresel elemanlar kullanılmıştır. Doğru prosesi belirleyebilmek için hazne basıncı ve baskı yastığı değerleri belirlenmiştir [52].

Lang ve arkadaşları, deneysel çalışmaların karmaşık, en uygun proses değişkenlerinin kararlaştırılmasının zor olması sebebiyle SEY’nin uygun proses değişkenlerini tespit etmede çok faydalı olduğu üzerinde durulmuştur. Sistem tasarlanmadan ve kurulmadan önce şekillendirme süreci SEY ile analiz edilirse tasarım ve imalat süreci oldukça kısalacaktır [78].